FR3129174A1 - Module de turbomachine comprenant un dispositif d’amortissement et turbomachine correspondante - Google Patents

Module de turbomachine comprenant un dispositif d’amortissement et turbomachine correspondante Download PDF

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Abstract

L’invention concerne un module de turbomachine, en particulier d’aéronef, ayant un axe longitudinal X, comprenant : - un stator (11) centré sur l’axe longitudinal, - un rotor comprenant un disque (12) entraîné en rotation autour de l’axe longitudinal par un arbre (5) et par rapport au stator via au moins un premier palier (20), - un support de palier (21) portant le premier palier et fixé au stator, et - un dispositif d’amortissement (35) des mouvements radiaux du support de palier. Selon l’invention, le dispositif d’amortissement (35) comprend une structure annulaire de support (36) rigide fixée au stator et s’étendant radialement à l’extérieur du support de palier, la structure annulaire de support comportant des premiers moyens d’amortissement (41) qui sont agencés en regard d’une surface radialement externe (42) du support de palier et qui sont destinés à réduire le déplacement radial du support de palier vers la structure annulaire de support. Figure d’abrégé : Figure 2

Description

MODULE DE TURBOMACHINE COMPRENANT UN DISPOSITIF D’AMORTISSEMENT ET TURBOMACHINE CORRESPONDANTE
Domaine de l’invention
La présente invention concerne le domaine général des turbomachines. Elle vise en particulier un dispositif d’amortissement d’un rotor de turbomachine installé dans un module de turbomachine d’aéronef, et une turbomachine d’aéronef comprenant un tel module.
Arrière-plan technique
Une turbomachine d’aéronef comprend généralement, d’amont en aval et suivant le sens d’écoulement des gaz dans la turbomachine, une section de compresseur, une chambre de combustion, une section de turbine. La section de compresseur comprend par exemple un compresseur basse pression et un compresseur haute pression et la section de turbine comprend par exemple une turbine haute pression et une turbine basse pression. Les pièces tournantes de ces compresseurs et/ou turbines telles que des arbres et des roues sont entrainées et/ou guidées en rotation à l’aide de paliers à roulements.
Les turbomachines peuvent comprendre une soufflante disposée en amont de la section de compresseur. La soufflante génère un flux d’air dont une partie alimente les compresseurs, la chambre de combustion et les turbines de la turbomachine et forme un flux primaire dans une veine primaire. Une autre partie du flux d’air généré par la soufflante s’écoule dans une veine secondaire, qui s’étend autour de la veine primaire, et forme un flux d’air secondaire, qui génère une majeure partie de la poussée de la turbomachine.
Les compresseurs, les turbines, et la soufflante sont constitués respectivement d’un premier ensemble de pièces fixes constituant un stator et d’un second ensemble de pièces qui sont susceptible d’être mis en rotation par rapport au stator et qui constituent un rotor.
Lors de certaines phases de vol d’un aéronef, dans certaines conditions de pression et de température, typiquement lorsque l’aéronef traverse des nuages présentant des conditions dites givrantes, des blocs de glace de taille importante peuvent se former sur certaines parties de la turbomachine, et notamment sur les aubes de soufflante ou sur le cône d’entrée de la turbomachine. Sous l’action de la force centrifuge, des morceaux de glace peuvent alors se détacher d’un ou plusieurs blocs de glace et engendrer des impacts sur des équipements situés en aval tels qu’une aube directrice de flux de la veine secondaire ou des panneaux acoustiques du carter de soufflante. Ces morceaux de glace peuvent même être ingérés dans la veine primaire et atteindre les aubes d’un compresseur de la veine primaire ou encore la chambre de combustion de la turbomachine, ce qui pourrait entrainer une extinction de la combustion. En particulier, de la glace se détache de façon hétérogène sur l’ensemble de la soufflante, ce qui a pour conséquence que l’axe de rotation du rotor de la soufflante n’est plus confondu avec l’axe d’inertie de celle-ci. La illustre un rotor 1A de soufflante d’une turbomachine comprenant un arbre 2A traversant un disque 3A suivante l’axe longitudinal XX. Sur cette , l’axe de rotation X2A de l’arbre 2A qui se trouve à droite s’étend transversalement à l’axe longitudinal XX. Ceci entraine la formation d’un balourd, qui excentre la soufflante alors que le moyeu du carter intermédiaire 4A maintient sa forme.
L’excentrement implique, qu’en fonctionnement, le mode de suspension de la soufflante augmente en fréquence et en amplitude, ce qui entraîne l’usure prématurée de certaines pièces de la turbomachine comme par exemple le matériau abradable agencé sur le carter de soufflante en regard des aubes de soufflantes. Cela dégrade les performances et l’opérabilité de la turbomachine dans une plage critique de régime.
L’arbre du compresseur basse pression, qui est relié à l’arbre de soufflante ou au disque de soufflante, est supporté par des paliers qui servent d’interface avec les stators de la turbomachine. Cet arbre de compresseur est guidé radialement par un premier palier agencé à l’extrémité amont de l’arbre de compresseur et un deuxième palier agencé en aval du premier palier. Le premier palier peut comprendre un roulement à billes tandis que le deuxième palier peut comprendre un roulement à rouleaux. En général, les paliers ne permettent pas de réduire les amplitudes de la soufflante en cas de fort balourd.
Lorsque l’un des deux paliers, notamment le premier palier est équipé d’une cage souple et d’un film fluide d’amortissement (connu sous l’expression « squeeze film » en anglais), la formation du balourd, si trop important, peut provoquer une mise en butée de la cage souple du palier. Un tel exemple de turbomachine équipé d’un palier à film fluide d’amortissement est décrit dans la demande de brevet FR2000819. Certains films fluides d’amortissement peuvent être réglés radialement pour augmenter l’effet amortissant. Toutefois, une telle solution n’est pas suffisante lorsqu’un fort balourd intervient, car l’effet amortissant du squeeze-film est court-circuité par la mise en butée de la cage souple. Par ailleurs, les aubes de soufflante peuvent venir en contact avec le matériau abradable agencé sur le carter de soufflante, de manière prématurée bien avant la mise en butée de la cage souple.
L’invention a pour but d’éviter les inconvénients précités.
L’objectif de l’invention est de fournir une solution simple, économique et optimale permettant de limiter l’excentrement d’un rotor en cas de forts balourds.
Nous parvenons à cet objectif conformément à l’invention grâce à un module de turbomachine, en particulier d’aéronef, ayant un axe longitudinal X, comprenant :
- un stator centré sur l’axe longitudinal,
- un rotor comprenant un disque entraîné en rotation autour de l’axe longitudinal X par un arbre et par rapport au carter de stator via au moins un premier palier,
- un support de palier portant le premier palier et fixé au stator, et
- un dispositif d’amortissement des mouvements radiaux du support de palier,
le dispositif d’amortissement comprenant une structure annulaire de support rigide fixée au stator et s’étendant radialement à l’extérieur du support de palier, la structure annulaire de support comportant des premiers moyens d’amortissement qui sont agencés en regard d’une surface radialement externe du support de palier et qui sont destinés à réduire le déplacement radial du support de palier vers la structure annulaire de support.
Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. En particulier, un tel dispositif d’amortissement permet de limiter les amplitudes/déplacements radiaux de l’arbre ou du rotor et annihile l’excentrement de l’arbre en cas de forts balourds de manière à ne pas détériorer les performances de la turbomachine. Ces balourds peuvent résulter d’accrétion de glace, de perte spontanée d’une pièce du rotor (d’une aube de soufflante par exemple), de déformation, ou encore de la rupture d’une pièce suite à l’ingestion d’un objet étranger (ingestion d’oiseau par exemple), etc. Dans le cas d’une soufflante, la structure annulaire avec les moyens d’amortissement permettent d’éviter l’usure prématurée d’un revêtement en matériau abradable appliqué sur une paroi radialement interne d’un carter de soufflante et en regard des extrémités libres des aubes de soufflante pour éviter les fuites de flux d’air. Par ailleurs, un tel dispositif est facile à monter et démonter pour la maintenance (remplacement de pièce en cas d’usure ou d’évènement d’ingestion ou de glace) grâce à son aspect amovible. De plus, l’installation de la structure annulaire nécessite peu ou pas de modifications structurelles dans le module de turbomachine.
Le module comprend l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- le stator est formé par un carter de stator
- l’arbre traverse le carter de stator.
- la structure annulaire de support est distincte du support de palier et non liée à celui-ci.
- les premiers moyens d’amortissement comprennent un matériau amortissant tel qu’un élastomère ou un revêtement de matériau abradable.
- le support de palier comprend une extension axiale s’étendant vers l’amont et en regard du disque, la structure annulaire de support portant des seconds moyens d’amortissement agencés en regard d’une surface radialement externe de l’extension axiale et destinés à réduire le déplacement radial du support de palier vers la structure annulaire de support.
- la structure annulaire de support comprend une virole annulaire s’étendant radialement autour d’une partie du disque et comprenant une première portion à distance et en regard d’une deuxième portion du disque, la première portion étant située en amont du premier palier et portant des seconds moyens d’amortissement en regard de la deuxième portion qui présente une complémentarité de forme avec la première portion, les seconds moyens d’amortissement étant destinés à réduire le déplacement radial du support de palier vers la structure annulaire de support.
- les seconds moyens d’amortissement comprennent un matériau amortissant tel qu’un élastomère ou un matériau équivalent ou un revêtement en matériau abradable.
- le rotor comprend une soufflante et le module comprend un carter de soufflante enveloppant les aubes de la soufflante, le carter de soufflante comprenant une surface radialement interne portant un revêtement en matériau abradable qui est disposé en regard des extrémités libres des aubes.
- la structure annulaire de support comprend une bride de fixation s’étendant radialement vers l’extérieur et qui est configurée pour être solidarisée au stator via des organes de fixation fusibles.
- le stator comprend un carter intermédiaire monté en aval d’un carter de compresseur basse pression suivant l’axe longitudinal.
L’invention concerne également une turbomachine en particulier d’un aéronef, ayant un axe longitudinal, comprenant un module de turbomachine présentant l’une quelconque des caractéristiques susmentionnées.
L’invention concerne en outre un aéronef comprenant au moins une turbomachine telle que susmentionnée.
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels :
La représente une vue en perspective un organe d’un module de turbomachine d’aéronef, tel qu’une soufflante, qui présente un arbre d’axe longitudinal suivant un état normalement de fonctionnement et un arbre incliné suite à un balourd engendrant un excentrement de l’organe ;
La représente une vue en coupe axiale et partielle d’un exemple de turbomachine comprenant un premier mode de réalisation d’un dispositif d’amortissement radial selon l’invention ;
La est une vue en coupe axiale et de détail d’un mode de réalisation d’un dispositif d’amortissement ;
La est une vue en coupe axiale et partielle d’un exemple de turbomachine comprenant un autre exemple de réalisation d’un dispositif d’amortissement radial selon l’invention ; et
La est une vue axiale et partielle d’une variante du dispositif d’amortissement de la et qui est installé dans une turbomachine selon l’invention.

Claims (10)

  1. Module de turbomachine, en particulier d’aéronef, ayant un axe longitudinal (X), comprenant :
    - un stator (11) centré sur l’axe longitudinal (X),
    - un rotor comprenant un disque (12) entraîné en rotation autour de l’axe longitudinal (X) par un arbre (5) et par rapport au stator via au moins un premier palier (20),
    - un support de palier (21) portant le premier palier (20) et fixé au stator, et
    - un dispositif d’amortissement (35) des mouvements radiaux du support de palier (21),
    caractérisé en ce que le dispositif d’amortissement (35) comprend une structure annulaire de support (36) rigide fixée au stator (11) et s’étendant radialement à l’extérieur du support de palier (21), la structure annulaire de support (36) comportant des premiers moyens d’amortissement (41) qui sont agencés en regard d’une surface radialement externe (42) du support de palier (21) et qui sont destinés à réduire le déplacement radial du support de palier (21) vers la structure annulaire de support (36).
  2. Module selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la structure annulaire de support (36) est distincte du support de palier (21) et non liée à celui-ci.
  3. Module selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premiers moyens d’amortissement (41) comprennent un matériau amortissant tel qu’un élastomère ou un revêtement de matériau abradable.
  4. Module selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support de palier (21) comprend une extension axiale (45) s’étendant vers l’amont et en regard du disque (12), la structure annulaire de support (36) portant des seconds moyens d’amortissement (46) agencés en regard d’une surface radialement externe (47) de l’extension axiale (45) et destinés à réduire le déplacement radial du support de palier (21) vers la structure annulaire de support (36).
  5. Module selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la structure annulaire de support (36) comprend une virole annulaire (55) s’étendant radialement autour d’une partie du disque (12) et comprenant une première portion (56) à distance et en regard d’une deuxième portion (57) du disque, la première portion (56) étant située en amont du premier palier (20) et portant des seconds moyens d’amortissement (46) en regard de la deuxième portion (57) qui présente une complémentarité de forme avec la première portion (56), les seconds moyens d’amortissement (46) étant destinés à réduire le déplacement radial du support de palier (21) vers la structure annulaire de support (36).
  6. Module selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que les seconds moyens d’amortissement (46) comprennent un matériau amortissant tel qu’un élastomère ou un matériau équivalent ou un revêtement en matériau abradable.
  7. Module selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rotor comprend une soufflante (3) et en ce qu’il comprend un carter de soufflante (14) enveloppant les aubes (13) de la soufflante (3), le carter de soufflante (14) comprenant une surface radialement interne (15) portant un revêtement (16) en matériau abradable qui est disposé en regard des extrémités libres des aubes (13).
  8. Module selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure annulaire de support (36) comprend une bride de fixation (37) s’étendant radialement vers l’extérieur et qui est configurée pour être solidarisée au stator (11) via des organes de fixation (40) fusibles.
  9. Module selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le stator comprend un carter intermédiaire monté en aval d’un carter de compresseur basse pression (4) suivant l’axe longitudinal.
  10. Turbomachine (1) en particulier d’un aéronef, ayant un axe longitudinal (X) et comprenant un module de turbomachine selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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